Yıldırım Bayezid'in padişahlıkta ilk ilgilendiği sorunlardan biri Rumeli meselesidir. Osmanlı Devleti, Balkan ordusu ile yapılan I. Kosova Savaşı'nda zaferle ayrıldı. Bu savaş sonucunda Tuna'nın güneyindeki Balkan toprakları Osmanlı'nın egemenliğine geçti.
Yıldırım Bayezid, Rumeli seferlerinde Selanik ve Mora Yarımadası'nı Osmanlı topraklarına kattı. 1395 yılında Osmanlı ve Bizans Devletlerinin aralarında ki anlaşma başarısız kalınca, I. Bayezid komutasındaki Osmanlı ordusu Yunanistan üzerinden hücuma geçti. Bu saldırı ile birlikte Teselya bölgesindeki Tırhala, Domacia, Patras ve Farsala şehirlerini fethetti. Daha sonra Termopylae'dan geçip Atina ve çevresini kapsayan tarihi Attika Yarımadası'nı ele geçirdi.
Balkan orduları ile yaptıkları mücadelelerden sonra Osmanlı Devleti'ne bir tepkide Anadolu Türkmen beyliklerinden gelmiştir. Aydınlı, Germiyanlı, Saruhanlı, Menteşeli, Hamitli beylikleri, aynı zamanda Sivas hükümdarı Kadı Burhanettin Osmanlı'nın büyüyen gücünü kırmak için harekete geçtiler. Yıldırım Bayezid Anadolu'daki beyliklerin hepsini kendi idaresi altına aldı. 1390'da Karamanoğulları ile yaptığı savaşta Konya bölgesindeki Beyşehir'i de ele geçirdi. Bu tarihten iki yıl sonra Candaroğulları'nın bölgesi olan Kastamonu ve Kadı Burhanettin'e ait olan Osmancık bölgesi fethedildi.
1393 yılında Anadolu Seferine çıkan I. Bayezid, Amasya, Merzifon, Turhal ve Tokat kalelerini fethetti. Daha sonra Samsun ve çevresine sefer düzenledi. Canik yöresi Osmanlı'nın sınırlarına katıldı. Kadı Burhanedd'in ölümü ile birlikte bölgede bulunan sancakbeyleri, I. Bayezid'e çağrı gönderdi. Bunun üzerine Osmanlı, Anadolu'ya tekrar sefer düzenledi. Kırşehir'den Sivas'a kadar uzanan yerlerin hepsi Osmanlı Devleti'ne bağlandı. Mısır Memlükleri ile anlaşamayan Osmanlı Devleti, Yıldırım Bayezid komutasında Mısır'ın sınır kaleleri olan Malatya ve Divriği fethetti.